[发明专利]一种河网拓扑信息提取方法及系统

说明书

本发明公开了一种河网拓扑信息提取方法及系统。该方法包括：提取遥感图像中的水体，得到水体图像；采用形态学细化算法提取水体图像中的河流骨架，得到河流骨架图像；确定河流骨架图像中的端点和分支点；分别以各端点为起点，采用路径搜索算法沿骨架路径搜寻每个端点的邻近分支点，得到端点对应的搜索路径和搜索路径长度；计算邻近节点的离岸最近欧氏距离；删除河流骨架图像中满足剪枝条件的搜寻路径，得到剪枝后的河流骨架图像；剪枝条件是由端点对应的搜寻路径长度、离岸最近欧氏距离、预设比例系数阈值和预设绝对长度阈值确定的；确定剪枝后的河流骨架图像的连通性矩阵。本发明能够实现对河网拓扑信息的自动、完整、准确提取。

技术领域

本发明涉及水资源监测与信息提取技术领域，特别是涉及一种河网拓扑信息提取方法及系统。

背景技术

中国地表水源多样，河湖众多，且南北差异较大，年内和年际变化大。基于遥感技术识别和提取水体信息已成为实现大范围、高效水体制图的主要方法。在完成水体覆盖范围制图之后，进一步提取河网拓扑信息，将为河湖资源动态监测、水资源管理确权、水文模拟等应用提供基础数据保障。

河网拓扑信息主要是指河道与河道之间的连通关系。若用一条曲线段抽象表示一段无分支的河道，则可通过曲线段之间的连接关系描述河段的拓扑关系。更进一步，若将每条代表河段的曲线段抽象为一个元素，则可用连通性矩阵表示曲线段之间的连接关系，即表示河道的拓扑信息。

目前，提取地表河网拓扑结构较准确的方法主要是人工绘图法，例如OpenStreetMap提供的基于众源数据的地表河网数据库，该数据库由大量志愿者通过不同方式提取(包括利用实地GPS定位、基于遥感图像手动勾绘等)并上传，虽然精度较高，可标注一些被植被覆盖的细小水道，但对于提供数据的志愿者制图能力要求高，数据质量无法保障，一些偏远地区数据缺失较多，且数据更新缓慢，对于河流季节性改道等情形描述能力弱。

对于地表河网拓扑结构自动提取，现有的自动提取方法存在一定局限性，尤其是对于河网拓扑结构的保持能力较差。目前国际上公开发表的几种自动提取河网结构信息提取方法或软件，包括：RivWidth软件、RivaMap工具、PyRIS工具、GeoNet工具以及RivWidthCloud工具。上述工具主要用于提取河道的非拓扑信息，例如：河道宽度、河道中心线、大型河流的河道方向等。而对于河道拓扑信息提取，RivWidth软件不仅会使得提取的河道中心线失真，也无法完整保持河网拓扑性质；RivaMap工具虽然能够保持大部分河道的中心线，但相交河道的中心线并未相连，因此也无法完整保持河网拓扑性质；PyRIS工具也存在河道中心线提取失真和无法完整保持河网拓扑性质的缺点；GeoNet工具基于地表高程数据提取河道，其提取结果与遥感影像中的真实河道结构有一定的差异，因此也存在河道中心线提取失真的缺点；RivWidthCloud工具提取的河道中心线会存在大量不连通的情况，且会损失部分支流河道中心线的细节，也无法完整保持河网拓扑性质。综上，现有的河网拓扑信息提取方法，要么对河网结构进行了简化，使得河道中心线失真(可能穿过陆地区域)，准确性较差，要么生成的河道连通性较差，导致形成大量不连通的河道中心线，无法保持河网拓扑结构完整性。

发明内容

基于此，有必要提供一种河网拓扑信息提取方法及系统，以实现对河网拓扑信息的完整、准确提取。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种河网拓扑信息提取方法，包括：

提取遥感图像中的水体，得到水体图像；所述水体图像由多个水体像素点和非水体像素点组成；

采用形态学细化算法提取所述水体图像中的河流骨架，得到河流骨架图像；所述河流骨架图像由多个骨架像素点组成；

确定当前迭代次数m下，当前河流骨架图像中的端点和分支点；所述端点的周围八像素邻域内仅有一个像素点为骨架像素点；所述分支点的周围八像素邻域内有大于两个的像素点为骨架像素点；